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基于燃燒模型的直噴式柴油機NOx排放模型開發(fā)

在更嚴格的排放標(biāo)準(zhǔn)、減少燃油消耗和CO2排放的情況下，減少廢氣排放是開發(fā)汽車柴油機的主要挑戰(zhàn)之一。在管理發(fā)動機控制系統(tǒng)的同時，在柴油機上安裝多個先進的燃燒系統(tǒng)，如高廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、新型噴射策略、復(fù)雜的后處理裝置和渦輪增壓系統(tǒng)。開發(fā)并驗證一個虛擬的零維直噴柴油機仿真模型，以減少發(fā)動機控制系統(tǒng)的開發(fā)成本和縮短開發(fā)時間。該仿真平臺的開發(fā)是基于0D/1D方法，而現(xiàn)有仿真工具在燃燒相位和空氣供給系統(tǒng)方面的仿真結(jié)果較好。本文所提出的零維、半實物、NOx預(yù)測模型主要基于高頻燃燒模型和混合物燃燒氣體溫度的化學(xué)計量計算。該模型是在研究影響缸內(nèi)NOx排放因素的基礎(chǔ)上建立的，并用大量的試驗數(shù)據(jù)對其進行驗證。創(chuàng)建相關(guān)物理組件模型，如最高局部溫度和現(xiàn)有氧濃度之間的關(guān)聯(lián)，描述NOx的排放。在1.6L歐5直噴柴油機上建立和驗證該預(yù)測模型：①采用單道零維燃燒模型能夠自動確定發(fā)動機的輸入?yún)?shù)；②在燃燒模型的基礎(chǔ)上增加熱力學(xué)模型，計算氣缸內(nèi)的局部最高溫度以充分描述NOx的排放趨勢；③采用映射方法和多項式模型等特定工具，建立最終的NOx排放模型。

驗證結(jié)果表明：①所開發(fā)模型能較好地預(yù)測NOx排放；②在有廢氣再循環(huán)系統(tǒng)干擾的情況下，該模型對NOx排放的精確度取決于廢氣再循環(huán)率預(yù)測的精確性；③具有低計算時間和成本的模型對數(shù)字化發(fā)動機的發(fā)展有很高的參考價值，數(shù)字化發(fā)動機可用于ECU和控制策略測試或發(fā)動機預(yù)校準(zhǔn)；④開發(fā)的汽車柴油機模型能夠根據(jù)物理參數(shù)快速而方便地預(yù)測NOx的排放；⑤該模型能夠預(yù)測發(fā)動機速度和負荷的瞬態(tài)變化，因為其耦合了空氣循環(huán)精確模型。

HassanKarakyetal.SAE 2015-01-1746.

編譯：朱會